Name: using cyclic voltammetry, uv-vis-nir, and epr spectroelectrochemistry to analyze organic compounds
Uploaded: 2018-10-18T12:30:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds at JoVE.com

המחברים לאשר בתודה התמיכה הכלכלית של פרויקט "Excilight" "התורם-מקבל אור פולטות Exciplexes כמו חומרים עבור Easy-כדי-חייט ברק OLED יעילים במיוחד" (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) הממומן על ידי מארי הספרותמוזאון פעולות במסגרת תוכנית עבור מחקר וחידושים "אופק-2020".

המחברים אין לחשוף.

אלקטרוכימי וטכניקות spectroelectrochemical יש מגבלות; אחד ניתן לנתח מצב מוצק וגם נוזלי פתרונות במגוון רחב של טמפרטורות ותנאים אחרים בטכניקות אלו. הדבר החשוב בכל המקרים האלה הוא כי תרכובות/חומרים מאבחנים תחת פוטנציאל יישומי, שכפול תנאים בעולם האמיתי עובדת מכשירי אלקטרוניקה אורגני. ההבדל היחיד הוא זה אלקטרוכימיה, היווצרות של נושאי המטען, הוא ציין.
השיטות המובאות כאן להראות את התועלת של הניתוח של נשאים טעונה המופקים תרכובות אורגניות עם שלהם הישימות באלקטרוניקה אורגני. יתר על כן, טכניקות אלקטרוכימי, spectroelectrochemical הם זולים יותר ופחות תובעני יותר מזה של טיפוסי שיטות ניתוח נושא תשלום, אבל יש כמה שלבים קריטיים, שינויים בפרוטוקול הנדרשים בהתאם השיג תוצאות.
במהלך אפיון אלקטרוכימי, תמיד להתחיל עם ריכוז מסוים. אם קבוצה של תרכובות מושווה, ואז כל החומרים צריך ריכוז מולרי זהה. הטוב ביותר הוא להתחיל עם ריכוז 1 מ"מ ו- mV 50/s קצב סריקה כמצוין בפרוטוקול במחקר זה, אבל זה טוב לדעת את הריכוז של המדגם על התנהגות אלקטרוכימי שנצפו. תמיד לנסות למדוד לפחות שלושה סריקות. שתי סריקות שונים בדרך כלל מאחר תנאי ההתחלה (שיווי משקל) שונים. השני, את הסריקות השלישי צריך להיות זהה. אם הסריקות השני והשלישי זהים, אז יש כנראה אין ריאקציות צדדיות שנמדדו במערכת זו (איור 2 א). תהליך חמצון, לשיא חדש-פוטנציאל נמוך יותר מופיע מראה כי החומר מוליך ועליהן ב WE18,19,24,25,29,30 , 31 , 32. אם גובה הפסגה נמוך מגביר סריקות רציפות, אז סביר להניח מצומדת הפולימר היה הופקדו18,19,24,25,29 , 30 , 31 , 32. כל הזרמים הדירי סריקות רציפות, אם המוצר מוליכים של השפלה הייתה שהופקדו על האלקטרודה. אם לשיא קטן מאוד נצפית לפני החמצון הראשי או הפחתת שיא (במיוחד עבור פולימרים), אז זה כנראה תשלום-השמנה תהליך19,23,31,34. אם לשיא dedoping חדה מאוד של חמצון או הפחתת נצפית, אז זה כנראה נגרמת על ידי הפירוק של מבנים גבישיים על אלקטרודה נוצר בתהליך electrocrystallization במהלך חמצון35.
תמיד לבדוק את אופן הפעולה של המבחן מורכבות לפני, במהלך, ואחרי פסגות חמצון-חיזור. המשמעות היא כי לפחות שלושה סריקות קורות חיים צריך להיות רשום: העליונה (בחמצון תיק) או התחתון פוטנציאל קודקוד נמוכות או גבוהות יותר, בהתאמה, אז הפוטנציאל של מקסימום שיא, עם פוטנציאל הקודקוד העליון או התחתון מוגדר בדיוק על הפסגה המקסימלי, עם קודקוד פוטנציאל גבוה יותר (חמצון), התחתונה (הפחתת) מאשר פוטנציאל של שיא המרבי. התהליך שנצפה עשוי להשתנות, לפעמים שני תהליכים ייבחנו שיא אחד באופן תיאורטי. תמיד להשוות את voltammograms מחזורית שנאספו של האלקטרוליט (שלב 2.6), את ferrocene (שלב 2.9), המתחם (שלב 2.13), את ferrocene עם תרכובת (שלב 2.19); ישנן כמה בעיות שעליך לקחת בחשבון.
תמיד להשוות את האותות קורות חיים של האלקטרוליט ובדיקה במתחם, אם כל אותות האלקטרוליט הוא גלוי על voltammogram מחזורית של המתחם נמדד, אז יש לשנות האלקטרוליט מכיוון החלון אלקטרוכימי שלו הוא נמוך מדי, או אלקטרוליט הוא מזוהם. אם האות (חמצון-חיזור כמה) של ferrocene (שלב 2.9) ואת ferrocene עם תרכובת (שלב 2.19) במיקום זהה, ואז הכל מבוצע כהלכה. אם הפסגות יוזזו בין אחד לשני, ואז לבדוק את RE וחזור על המדידה. אם האות (חמצון, הפחתה או חמצון-חיזור זוג פוטנציאליים) של הרכב עם תוספת ferrocene (שלב 2.19) המבחן הוא-פוטנציאל גבוה יותר מזה של טהור מורכבים (שלב 2.13), ולאחר מכן לשקול את הערכים (חמצון, הפחתה או חמצון-חיזור זוג פוטנציאליים) מ voltammogram מחזורית של המתחם טהור. המשמרת נגרמת על ידי כמות גבוה יותר של ferrocene בפתרון. כאשר שני תהליכי חמצון מובחנות, התהליך הראשון (חמצון או הפחתת) שנמצאת תמיד על WE עשוי להשפיע על פני פעיל; הדבר עשוי לגרום לעליה בהפוטנציאל חמצון של התהליך השני (איור 9).

ברחבי העולם, חוקרים מחפשים ללא הרף לחומרים אורגניים חדשים יכול לשמש באלקטרוניקה אורגני עם ביצועים רצוי או יציבות, אשר יורדת עקב שימוש ממושך. במקרה של התקנים אורגניים, חשוב להבין את אופן הפעולה של נושא מטען לדעת באופן מלא את כללי הנהיגה את אופן הפעולה של ההתקן. ניתוח ההשפעה של מולקולרית מבנה על הדור של המוביל תשלום ואת הדינמיקה ותחזוקה של יתרת נושאי המטען מוזרק, הן חיוביות (חורים), שלילית (אלקטרונים), הוא חיוני כדי לשפר את יעילות ויציבות המכשירים אורגני. זה מבטיח את רקומבינציה יעיל חלק מההאשמות בודדים, וכתוצאה מכך משפר באופן משמעותי את היעילות פוטולומיניסנציה של האור אורגניות פולטות דיודות (OLEDs)1,2. אורגני photovoltaics (OPVs)3,4 , כמו גם שדה אורגני אפקט טרנזיסטורים (OFETs)5,6, יש צורך יש חומרים עם הניידות הספק תשלום גבוה. בנוסף, הניתוח של נושאי המטען מספר פרמטרים חשובים של חומרים אורגניים electroactive לעזור בחיזוי שבו החומר יכול לשמש: פוטנציאל ionization (IP), רמות האנרגיה של אלקטרונים זיקה (EA), הלהקה-הפער ביניהם,7 ,8,9,10.
בעבודה זו, אנו מציגים את שיטת המדידה יעילה של וולטמטריה (CV) שיכול לשמש בניתוח של כל סוגי חומרים electroactive. טכניקה זו מספקת מידע אודות מאפייני חמצון-חיזור מנגנון סמים בספורט/dedoping, היציבות, המרה, אחסון אנרגיה, וכו '. זה גם מאפשר הערכת של זיקה אלקטרון ואנרגיה יינון של תרכובות הבדיקה בצורה הרבה יותר זול ומהיר לעומת שיטות אחרות ואקום גבוה. הפרמטרים הנ ל לתאם עם רמות האנרגיה הגבוהה אורביטל מולקולרי כבוש (הומו), הנמוך ביותר מאוכלס אורביטל מולקולרי ((סוג)).
השיטה שהוצגו במאמר זה יכול לשמש כדי לנתח כל סוגי תרכובות מצומדת כגון אלה עם מאותרים π-אלקטרונים במבנים שלהם. תרכובות מצומדת ייתכן מולקולות קטנות עם שרשראות פולימריות גדולים. מולקולות קטנות ניתן גם מונומרים; במהלך התגובה הראשונית מונומרים (פוטו אטמוספרי, אלקטרוכימי או כימי) יכולים ליצור פולימרים. ביישום OLED, הערכים רמת האנרגיה נחוצים כדי לאפשר את השימוש הנכון המארח עבור פולט בתרמית מופעל מתעכבת מערכת האורחים מארח קרינה פלואורסצנטית (TADF) או להחליט שבה תרכובות השכבה התורם-מקבל exciplex יכול להיות נוצר ומאוזנת אילו שכבות נוספות (אלקטרון הובלת שכבה (ETL), חור הובלת שכבה (שהותכם) שכבה חוסמת אלקטרון (EBL), שכבה חסימת חור (HBL)) יהיה צורך לסנתז יציבה טעונים ביעילות התקנים OLED11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. מדידות אלקטרוכימי נוסף לאפשר החקירה של ריאקציות צדדיות אפשרי במהלך התהליך של השפלה של השכבה הפעילה ואת היווצרות של הנייד נמוך לחייב ספקיות שירות (bipolarons)18,19 ,20,21,22.
צימוד אלקטרוכימי, spectroelectrochemical שיטות מאפשר קביעת קל, מדויק ואמין של דרגת חמצון או הפחתה של תרכובות מצומדת והשפלה שלהם פוטנציאל, אשר הוא קריטי עבור יציבות23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. אולטרה סגול-גלוי וסגול (UV-Vis-ניר) ספקטרוסקופיה בשילוב עם אלקטרוכימיה ניתן לאפיין את המאפיינים כרומטית הבסיסית של כל תרכובות מצומדת חדשים, כמו שינוי של הלהקה הקליטה במהלך סימום 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
במחקר הקשורים למנגנון סימום, חשוב להגדיר את הסוג של נושאי המטען. בתהליך זה, שתי מחלקות של quasiparticles מחויב לקחת חלק, אחת עם ספין uncompensated (polarons), השני דיאמגנטית (bipolarons); ספקטרוסקופיית פאראמגנטיים תהודה (EPR) מספק סיוע שלא יסולא בפז, המאפשר אחד לצפות ולעקוב אחר שינויים באוכלוסיות של פאראמגנטיים polarons29,30,31,32 ישירות . מולקולות קטנות, שקשה לי טופס bipolarons, אלא מולקולות אלה יכולים להיות מצומדת למדי ויש בתדר bipolaron נכסים; חשוב לבדוק אם, שבו נוצרות הפוטנציאלי polarons ואת bipolarons במבנה. Bipolarons הם לפחות הזמנה אחת הניידות יותר נמוך מזה של polarons; לכן, אם bipolarons נוצרות במכשירים עבודה, ואז זה עלול להוביל יחס לא מאוזן של נושאי המטען, אשר יגרום זרם גבוהה, התחממות יתר של המכשיר OLED או ייתכן המרכזים של השפלה33.
השיטה של מדידת המוצע במחקר זה הוא זול ומהיר ומאפשר קביעת הפרמטרים אופרטיביות החשוב ביותר עבור מספר גדול של חומרים electroactive ללא צורך מיוחד מכשירים המבוססים על לאחרונה מסונתז חומרים כדי לבדוק את הביצועים שלה. על-ידי החלת אלקטרוכימיה, spectroelectrochemistry, זה אפשרי לבחור חומר אחד מבטיחה מתוך מאות חומרים חדשים. בנוסף, ניתן לקבל מידע מפורט לגבי התהליכים של סמים בספורט, והשפעותיהם על המבנה הכימי של הבדיקה מצומדת מערכות באמצעות אלקטרוכימי ושיטות spectroelectrochemical, אשר מאפשר בניית יותר מכשירי אלקטרוניקה אורגני יעיל.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Metrohm</td>
			<td>Autolab PGSTAT100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPR</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JES-FA200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis detector</td>
			<td>Oceanoptics</td>
			<td>QE6500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIR detector</td>
			<td>Oceanoptics</td>
			<td>NIRQuest</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane (DCM)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>106048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium tetrafluoroborate (Bu4NBF4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>86896</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-propanol, 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>675431</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>439126</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Bath</td>
			<td>Elma</td>
			<td>S30H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran &#62;99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>401757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ferrocene &#62;98%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F408</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>decamethylferrocene &#62;97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>378542</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using cyclic voltammetry, uv-vis-nir, and epr spectroelectrochemistry to analyze organic compounds

וולטמטריה ציקלית (CV) היא טכניקה המשמשת בהניתוח של תרכובות אורגניות. כאשר שיטה זו משולב עם אלקטרון פאראמגנטיים תהודה (EPR) או spectroscopies (UV-Vis-ניר) הגלוי על-סגול, אינפרא אדום, אנו משיגים מידע שימושי כגון הסוג של הלהקה-gap אנרגיות, פוטנציאל ionization, זיקה אלקטרונית נושאי המטען, השפלה מידע זה יכול לשמש כדי לסנתז מכשירים אלקטרוניים אורגניים יציבים. במחקר זה, אנו מציגים אלקטרוכימי ושיטות spectroelectrochemical כדי לנתח את התהליכים המתרחשים בשכבות פעיל של התקן אורגניים, כמו גם נושאי המטען שנוצר.

היישום הנפוץ ביותר של ניתוח קורות חיים הוא ההערכה של IP ו EA. למרות שישנם שני דרכים כדי לקבל קורות חיים נתונים, מומלץ מאוד כדי לחשב אותם בהתבסס על תחילתה של פסגות חמצון-חיזור (איור 3). גישה זו מאפשרת המאחד את ההליך חישוב. לא כל החומרים שנבדקו עוברים תהליכי צמצום החמצון הפיך (איור 3); במצבים כאלה, זה בלתי אפשרי לחשב בהתבסס על ממוצע פוטנציאל (ממוצע של פוטנציאל תואמים מספר מרבי של פסגות cathodic-הפחתת וחימצון אנודי). זאת, כמעט תמיד ניתן להריץ את הטנגנס לשיא כפי שמוצג באיור3. עם הצומת עם רקע קו ושימוש משוואות 1 ו- 2, הערכים IP ו EA מוערך 5.35 eV ו −2.90 eV, בהתאמה. ישנם גם מספר סולמות שונים המשמשים להערכת IP ו EA על סמך מדידות קורות חיים. הנפוץ ביותר בשימוש סולמות עבור חומרים אורגניים ניתנים שכיר במשך שנת −5.1 eV כמו שווה ערך ל 0.00 V לעומת אלקטרודת מימן רגילה (NHE). עם זאת, כל של המאזניים הם רק הערכה; תזכור את זה בהשוואת תוצאות שונות. הדבר הקריטי הוא ציין אילו פרמטרים נחשבו לחישובים. במקרה זה, −5.1 הערך eV בחרה כפי זה צריכים להתאים הפוטנציאל רשמית של בני הזוג חמצון-חיזור ferrocene; בסולם פרמי, זה 0.40 V לעומת רווי Calomel אלקטרודה (SCE) ב- acetonitrile, אשר הוא מסכים עם המדד הקודם.
ישנם מאמרים רבים שפורסמו לגבי הניתוח של CV. בזאת, נראה, כאשר התהליך זה לא הולך להיות כפי שהוא ציפה. הניתוח מבוסס על נגזרת thiophene: NtVTh (מבנה המוצג באיור 4), אשר עובר השפלה על חמצון (איור 5).
NtVTh יש פוטנציאל החמצון שני: בתחילה, 0.70 V, והשניה-0.84 V (איור 5). בסיבוב הראשון, הפסגה הפחתת הוא לא ציין, המציינת את תהליך בלתי הפיך. מאפייני אלקטרוכימי של NtVTh מראים כי הפילמור מתרחש לאחר פוטנציאלי חמצון הראשון, קצת שכבה אלקטרו-פעיל של התגובה מוצרים הופקד על פני האלקטרודה, ובכך פוגע תהליך הפילמור. מה זה גלוי הוא התגובה עם הקטיון רדיקלית על הקשר ויניל, איפה המולקולה הוא מאבד שלה הדימרים ההטיה וטופס על האלקטרודה.
אמנם זה קשה לחלץ מידע אודות נושאי המטען קורות חיים, זה אפשרי להבחין בין polarons לבין bipolarons כשהוא נתמך על ידי ספקטרומטר UV-Vis-ניר. פולי נייטרלי (OiPrThEE) היה מאופיין 2 π קליטה רחב | π * המעברים להקות עם פסגות maxima-λmax1 = nm ו λ 363max2 = 488 ננומטר, הקשורות לטופס ארומטי של הנגזרת undoped polythiophene. במהלך להזרקות חמצוני, נוצרים להקות חדשות polaronic ו- bipolaronic. ספקטרום UV-Vis שהתקבל במהלך חמצון פוליפוני (OiPrThEE) חשף את הולכת ופוחתת הלהקה הקליטה פולימר נייטרלי (300-550 ננומטר) (איור 6) יחד עם היווצרות של להקה קליטה חדשה (550 950 ננומטר) של קטיונים רדיקלית של bithiophene ו- p- phenylenevinylene עם maxima-692 ננומטר. נקודת isosbestic של תהליך החמצון היה ממוקם 604 ננומטר. הלהקה bipolaronic הופיע בין 950 nm ו- 1700 nm עם מקסימום הממוקמת 1438 ננומטר.
ספקטרוסקופיה EPR הטכניקה שמזהה חומרים עם אלקטרון אינטראקצית, כולל רדיקלים אורגנים39. ישנם מספר פרמטרים אשר יכול להיות מופק EPR ספקטרה, אבל אחד המעניינים ביותר הוא להעריך איפה הגורמים הקיצוניים הם נקודתיים. הדומה פרוטונים, אלקטרונים בעלי ספין. על ידי הצבת אלקטרון בתוך שדה מגנטי חיצוני, המהדורה הזו ניתן לפצל בשתי דרכים: מקבילית, antiparallel לשדה מגנטי, נותן שתי רמות אנרגיה. תופעה זו נקראת אפקט זימן40,41. במקרה של רדיקלים אורגנים, האלקטרון אינטראקצית אינטראקציה לא רק עם שדה מגנטי חיצוני, אלא גם עם גרעין מגנטי (גרעינים אשר להם ספין שאינו אפס; I≠0). מספר של ניוון שווים ל 2I +1, איפה המספר הקוונטי ספין של גרעין שבו האלקטרון אינטראקצית אינטראקציה42. האינטראקציה של האלקטרון אינטראקצית עם מספר גדול יותר של גרעין מגנטי מובילה פיצול נוסף של רמות האנרגיה, מבנה hyperfine של EPR ספקטרה רישום43 (איור 7).
עבור מולקולות איפה האלקטרון אינטראקצית אינטראקציה עם מספר גדול עוד יותר של גרעינים, הרחבות ספקטרליות בודדים יכול חופפים, שתוצאתה רישום אות אחת, רחבה44,45,46 (איור 8). זה אופייני מצומדת פולימרים, איפה יון הרדיקלי שנוצר במהלך תהליך חמצון-חיזור מאותרים47,48.
השילוב של ספקטרוסקופיה EPR עם שיטות אלקטרוכימיות מאפשר האפיון של נושאי המטען (יון רדיקלי) שנוצרו במהלך תהליך חמצון-חיזור, כמו גם קביעת המנגנון של אלה תהליכים49,50 . אם נפתרה היטב (פסגות מופרדים; לא בצורה של פסגה אחת רחבה) ספקטרה רשומים, כמו במקרה של הפחתת אלקטרוכימי של s -נגזר tetrazine (איור 7), ולאחר מכן הניתוח של המבנה hyperfine של ספקטרה מוביל מסקנות על הלוקליזציה של אינטראקצית אלקטרון. דרך אחת כדי לנתח ספקטרה מסוג זה היא לערוך סימולציה עם תוכנה מיוחדת, ולהתאים ספקטרה מדומה עם אחד ניסיוני51. אפשרות זו שימושית במיוחד כאשר המבנה hyperfine מורכב עקב האינטראקציה של האלקטרון אינטראקצית עם מספר גדול של פרוטונים. במקרה של הנגזרת - tetrazine sראה איור 7, סימולציה של ספקטרה EPR (הקו האדום) מציין את האינטראקציה של האלקטרון אינטראקצית עם ארבעה אטומי חנקן של s- tetrazine.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig1.jpg"> איור 1: אלקטרוכימי ותאים spectroelectrochemical המשמש למדידות. האיור מציג את ערכת ההתקנה של תאים אלקטרוכימי/spectroelectrochemical באמצעות וולטמטריה ציקלית, אולטרה סגול-גלוי ומדידות -סגול (UV-Vis-ניר), ואת אלקטרון פאראמגנטיים תהודה (EPR) spectroelectrochemical. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig2.jpg"> איור 2: וולטמטריה (CV) שנמדד כראוי COPO1 מורכבים (א), עם אתה אומר את קורות החיים הפניה פוטנציאליים dibenzothiophene-S, S-דו-חמצני עם ferrocene (b)52- האיור מציג שני voltammograms מחזורית. (א) מתנות כראוי רשומים קורות חיים, (ב) ומראה של voltammogram נרשם באמצעות אלקטרודה הפניה עם פוטנציאל לא יציבה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig3.jpg"> איור 3: וולטמטריה (CV) של תרכובת COPO1 במגוון רחב של פוטנציאל. אומדן תחילת הפוטנציאליות לחישובים EA ו- IP של COPO1 תרכובות52. EA = −2.90 eV ו- IP = 5.35 eV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig4.jpg"> באיור 4. EPR שש ספקטרליות של מנגן רגיל. האות פאראמגנטיים של מנגן המשמש לצורך כיול המשמרת אות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig5.jpg"> איור 5: מחזורית Voltammetry (CV) של תרכובת NtVTh. Voltammograms מחזורית של 15 מ מ NtVTh 0.1 M Bu4NBF4/CH3CN ו יחסית בתקן ferrocene הצגת התהליך השפלה על עבודה אלקטרודה. קצב סריקה 0.05 V/s: () נלקח טווח −1.4 V ל- 0.8 V ו (b) ב−1.4 טווח V 0.9 נ' <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig6.jpg"> איור 6: סגול-גלוי וסגול (UV-Vis-ניר) spectroelectrochemistry של פולי (OiPrThEE) נגזר. ספקטרום UV-Vis-ניר מציגים את ההתפתחות של הלהקה הקליטה באמצעות הדור של נושאי המטען על מבנה הפולימר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig7.jpg"> איור 7: ניתוח spectroelectrochemical EPR של נגזרת tetrazine. (א) המבנה של s- tetrazine נגזרת; (ב) EPR ספקטרה רשום במהלך הפחתת אלקטרוכימי של s- tetrazine נגזרת (קו קו-ניסיוני ואדום שחורה ספקטרום מדומה). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig8.jpg"> איור 8: EPR spectroelectrochemical polaron אות של הפולימר מצומדת. אלקטרון פאראמגנטיים תהודה (EPR) ספקטרה רשום במהלך השלב הראשון של חמצון של פולימר מצומדת (EPR ספקטרום של מינים polaron). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig9.jpg"> איור 9: וולטמטריה (CV) של ferrocene, decamethylferrocene. השוואה של שני תקנים אלקטרוכימי טהורים ונקיים כמו תערובת מציג את המשמרת של הפוטנציאל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds at JoVE.com

Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds

במאמר זה, אנו מתארים אלקטרוכימי, תהודה פאראמגנטיים אלקטרון ושיטות spectroelectrochemical הגלוי על-סגול, אינפרא אדום כדי לנתח תרכובות אורגניות עבור יישום באלקטרוניקה אורגני.

באמצעות וולטמטריה ציקלית, UV-Vis-ניר EPR Spectroelectrochemistry לנתח תרכובות אורגניות

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance ...

שיטות אלה יכולות לסייע בזיהוי ההשפעה של המבנה המולקולרי של מולקולות אורגניות אלקטרו-אקטיביות על דורות ודינמיקה טעונים של נשאים, פוטנציאל תיווצר, זיקה לאלקטרון וערכי גרף קשר. שיטות אלה הן דרך זולה ומהירה לקבוע את הפרמטרים החשובים ביותר עבור חומרים אלקטרו-אקטיביים רבים, ללא צורך בבניית מכשירים מיוחדים. השיטה המוצגת יכולה לשמש לניתוח כל סוגי התרכובות הפעילות של אלקטרונים, כגון אלה עם דו-אלקטרונים delocalized כולל מולקולות קטנות ושרשראות פולימריות גדולות.כדי להתחיל את הליך קורות החיים, למלא תא אלקטרוכימי נקי עם 1.5 מיליליטר של פתרון אלקטרוליטים ולכסות את התא עם מחזיק אלקטרודה polytetrafluoroethylene. הכנס עזר עובד והתייחס אלקטרודות לתוך הכובע עם אלקטרודות עבודה והתייחסות קרוב ככל האפשר מבלי לגעת. ודא כי האלקטרודות שקועות באלקטרוליט.לאחר מכן חבר את האלקטרודות לפוטנציוסטט, נזהר שלא לתת למחברים לגעת זה בזה. לניתוח הפחתה, גז אינרטי בועה דרך הפתרון לפחות חמש דקות כדי להסיר חמצן מומס. לאחר מכן הרימו את צינור הגז האנרטי שמעל לתסרון והשאירו את הגז זורם לאורך כל הניסוי.לאחר התא האלקטרוכימי מוכן לפתוח את התוכנה potentiostat ולבחור את הליך קורות החיים. הגדר את פוטנציאל ההתחלה לאפס וולט והגדר את פוטנציאל הקודקוד העליון והתחתון לשני וולט ואפס וולט לניתוח חמצון, או לאפס וולט ושלילי 2.5 וולט לניתוח הפחתה. הגדר את פוטנציאל העצור לאפס וולט.ומספר המעברים לשישה. וקצב הסריקה ל-0.05 וולט לשנייה. תן שם לקובץ הנתונים ורכוש וולטמוגרם.בדוק כי האלקטרודות נקיות חמצן מומס הוסר אם ישים. לאחר מכן להוסיף 10 microliters של פתרון furacin מילימולארי אחד אל האלקטרוליט ולרכוש סריקת התייחסות. לאחר מכן, רוקן ונקה את התא ואת האלקטרודות.מלא את התא עם 1.5 מיליליטר של פתרון מילימולרי אחד של המתחם שיש לנתח באלקטרוליט. חבר מחדש את התא ל- potentiostat והתרפק על הפתרון במידת הצורך. ואז להגדיר את פוטנציאל ההתחלה לאפס וולט.פוטנציאל הקודקוד העליון והתחתון הוא 0.5 וולט ואפס וולט לחמצון. או אפס וולט ושלילי 0.5 וולט להפחתה. פוטנציאל עצירה לאפס וולט.ומספר המעברים ל-10. וקצב הסריקה ל-0.05 וולט לשנייה. תן שם לקובץ הנתונים ורכוש וודאמוגרם ראשוני זה.לאחר מכן להגדיל את פוטנציאל הקודקוד העליון על ידי 0.1 וולט לניתוח חמצון או להקטין את פוטנציאל הקודקוד התחתון על ידי 0.1 וולט לניתוח הפחתה. ותריץ את הסריקה שוב. חזור על תהליך זה עד לשיא העניין המלא.אם סריקות רצופות שינו את הפוטנציאלים לנקות את אלקטרודה התייחסות, תן לו להשרות את פתרון האלקטרוליטים במשך שעה אחת. ואז לחזור על המדידה. לאחר השלמת מדידות חמצון, בצע מדידות הפחתה או להיפך.לאחר מכן הגדר את פוטנציאל ההתחלה לאפס וולט, את הקודקוד העליון לוולט אחד, את הקודקוד התחתון ל-2.7 וולט שליליים ואת פוטנציאל ההפסקה לאפס וולט. הפעל את הסריקה והתאם את החלון הפוטנציאלי לפי הצורך כדי להבטיח שהפסגות המלאות יהיו גלויות. חזור על התהליך בשיעורי סריקה שונים ובנוכחות פוראצין.כדי להתחיל את הליך UV-Vis ליד IR למלא תא ספקטרואלקטרוכימי נקי עם 0.5 מיליליטר של פתרון אלקטרוליטים. הכנס את אלקטרודות העזר וההתייחסות לעבודה והצב את התא שהורכב בספקטרומטר. חבר את האלקטרודות לפוטנציוסטט ופתח את תוכנת הפוטנטיוסטט והספקטרומטר.קח מדידות ספיגה על כל גלאי כמו ריק ממס. לאחר מכן התנתק, רוקן ונקה את התא. מלא אותו מחדש עם פי 10 לתספורת הטהיחה החמישית השלילית של תרכובת באלקטרוליט, או עם האלקטרוליט בלבד אם בודקים חומר שהופקד על האלקטרודה העובדת.חשוב מאוד להגדיר את התא הספקטרואלקטרוכימי כראוי ובדרך דומה ככל האפשר לתא specrtroelectrochemical המשמש לתיעוד הספקטרום הריק, רק זה יבטיח רישום של תוצאות טובות. מניחים את התא בספקטרומטר ומחברים מחדש את האלקטרודות לפוטנציוסטט. החל פוטנציאל ניטרלי על התא ורכוש ספקטרום התחלתי.הגדל את הפוטנציאל ב- 0.1 וולט והמתן כ- 10 שניות עד שהתהליך יתייצב. אז תרכוש ספקטרום אחר. המשך בתהליך זה עד לשינוי הראשון שנצפה בספקטרום.ואז להציל את הספקטרום הזה. לאחר מכן, להגדיל את הפוטנציאל על ידי 0.05 וולט. חכה 10 שניות.ולרכוש ספקטרום. חזור על תהליך זה עד להשגת פוטנציאל החמצון הראשון או השני, שנקבע ממדידת קורות החיים. ואז דה סמים הסרט על ידי יישום פוטנציאל ניטרלי.בסוף, להשוות את הספקטרום של הסרט לפני חמצון ואחרי דה סימום. כדי להתחיל את הליך ספקטרואלקטרוכימיה EPR עבור חומרים פולימריים שהופקדו על אלקטרודה עובדת, למלא את התא הספקטרואלקטרוכימי עם האלקטרויט ולמקום אותו ספקטרומטר EPR. הגדר את תקן מנגן ולהתאים את הפרמטרים המכשיר כדי לכסות רק את הקווים מנגן השלישי והרביעי.לרכוש ספקטרום רקע, לבדוק מזהמים, ולאחר מכן להסיר ולנקות את התא. לאחר מכן, תדביק את התא עם האלקטרוליט. מניחים את האלקטרודות בתא עם ההתייחסות והאלקטרודות העובדות בתוך ספירלת חוט האלקטרודה העזר, נזהרים שלא לפגוע בשכבה הפולימרית באלקטרודה העובדת.מקם את האלקטרודה העובדת קרוב לתחתית התא ואת אלקטרודה הייחוס ליד החלק העליון של החלק הפעיל של האלקטרודה העובדת. חבר את האלקטרודות לפוטנציוסטט והצב את התא במכשיר. זה קריטי להקים תא ספקטרואלקטרוכימי כראוי ולא להרוס חיובי סופי על פני השטח אלקטרודה עובד.מיקום שגוי של האלקטרודות העובדות אינו מאפשר לרשום תוצאות כלשהן. החל פוטנציאל ניטרלי ורכוש ספקטרום ראשוני. לאחר מכן להגדיל את הפוטנציאל על ידי 0.1 וולט, לחכות 10 שניות עבור המדגם כדי לצייד, ולרכוש ספקטרום אחר.חזור על תהליך זה עד שיופיע אות EPR. לאחר מכן להגדיל את הפוטנציאל על ידי 0.05 וולט, לחכות 10 שניות, ולרכוש ספקטרום אחר. המשך בתהליך זה עד להשגת פוטנציאל החמצון הראשון או השני ולאחר מכן הפוך את השלבים הפוטנציאליים וחזור לפוטנציאל ההתחלתי באותו אופן.לאחר מכן להחיל את הפוטנציאל שבו אות EPR הופיע. אפשר לעיון המנגן, והקליט ספקטרום כדי לקבל מדידה עם הקווים הספקטרליים השלישי והרביעי של מנגן. ניתן להעריך את הפוטנציאלים המתהווים של תהליכים הפיכים ובלתי הפיכים מחישובים המבוססים על הצטלבות קווים משיקים לפסגות קורות החיים עם הרקע, המותאמים לחומר הייחוס.UV-Vis ליד ספקטרוסקופיה IR של נגזרת פוליתיופן זה להראות את רצועת ספיגת פולימר ניטרלי פוחתת להקות ספיגה פולארונית ו bipolaronic חדש להרכיב במהלך סימום חמצוני, עם נקודה איזוזבטית ב 604 ננומטר. הלהקה הקוטבית החדשה מ-550 ל-950 ננומטר יוחסה למצוות הרדיקליות של ביותיופן ופרפנילן פנילן. רצועה דו קוטבית חדשה נצפתה בין 950 ל 1700 ננומטר.ספקטרוסקופיית EPR במהלך הפחתה של נגזרת S-tetrazine זו הראתה דפוס פיצול עדין יתר שתואם סימולציה התואמת את האינטראקציה של אלקטרון לא מפוסטר עם ארבעת אטומי החנקן של S-tetrazine. אות EPR רחב אחד נצפה לעתים קרובות מפולימרים מצומדים, המציין דה לוקליזציה משמעותית של היון הרדיקלי שנוצר על ידי תהליך redux של עניין. בעת ביצוע ניתוח הפחתה במהלך הליך זה הקפד כראוי דה סמים הפתרון לפני המדידה, כדי למנוע כל הפרעה מן החמצן העצמי.בעקבות הליך זה, פוטנציאל יינון זיקה אלקטרונים ואת מכסה הלהקה של החומר שנחקר ניתן הערכה מהנתונים. באמצעות הליך זה אתה יכול לקבוע את ההשפעה של מבנה כימי על המאפיינים שנחקרו עבור קבוצה של חומרים.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Molecules, Compounds, and Chemical Equations

SCIENTISTS IN ACTION

Analysis of Volatile and Oxidation Sensitive Compounds Using a Cold Inlet System and Electron Impact Mass Spectrometry

ניתוח של תרכובות נדיפות רגישות וחמצון באמצעות מערכת קרה מפרצון ואלקטרוני השפעה המוני ספקטרומטריית

This video presents a protocol for the mass spectrometrical analysis of volatile and oxidation sensitive compounds using electron impact ionization. The ...

Development of a Backbone Cyclic Peptide Library as Potential Antiparasitic Therapeutics Using Microwave Irradiation

פיתוח של עמוד השדרה ספריית פפטיד מחזורי כנגד טפילי פוטנציאל Therapeutics שימוש מיקרוגל הקרנה

Protein-protein interactions (PPIs) are intimately involved in almost all biological processes and are linked to many human diseases. Therefore, there is ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

סינתזה של מחזורי פולימרי אפיון Motion הפעפוע שלהם במדינת הממסים ברמת המולקולה הבודדה

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

באמצעות אלקטרופורזה נימים לכמת חומצות אורגניות מרקמות צמח: מקרה מבחן בחינה<em&gt; קפה ערביקה</em&gt; זרעים

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic ...

Fizzy Extraction of Volatile Organic Compounds Combined with Atmospheric Pressure Chemical Ionization Quadrupole Mass Spectrometry

פיצי הפקה של תרכובות אורגניות נדיפות בשילוב עם לחץ אטמוספרי כימי יוניזציה Quadropole מסה ספקטרומטריית

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

הרכבה Multiwalled פחמן עם פוליסטירן כדי לאפשר הרכבה עצמית, Patchiness אנאיזוטרופי

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

זמן לפתור Photophysical אפיון של שלישיה-קציר תרכובות אורגניות ללא חמצן-הסביבה שימוש iCCD המצלמה

Here, we present a sensible method of the acquisition and analysis of time-resolved photoluminescence using an ultrafast iCCD camera. This system enables ...

Raman and IR Spectroelectrochemical Methods as Tools to Analyze Conjugated Organic Compounds

ראמאן ושיטות IR Spectroelectrochemical ככלים לניתוח מצומדת תרכובות אורגניות

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule ...

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

נשלט Photoredox הפילמור טבעת-פתיחה של O- Carboxyanhydrides מתווכת על-ידי Ni/Zn מתחמי

Here, we describe an effective protocol that combines photoredox Ni/Ir catalysis with the use of a Zn-alkoxide for efficient ring-opening polymerization, ...

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks MOFs

פיתוח זרזים הטרוגנית אנאנטיוניקטיביים באמצעות מתכת כיאלית-אורגנית מסגרות (MOFs)

Substrate size discrimination by the pore size and homogeneity of the chiral environment at the reaction sites are important issues in the validation of ...